Perlmutt

Die mäßige Zähigkeit von Perlmutt wird auf seine Struktur aus hexagonalen Aragonitplättchen zurückgeführt, die bei normalem Verschleiß anfällig für Risse und Abplatzungen sein können.

Perlmutt's Empfindlichkeit gegenüber Wasser, Sonnenlicht, trockenen Bedingungen, Hitze und Chemikalien erfordert eine sorgfältige Handhabung im täglichen Gebrauch.

Die Schichtstrukturen sind in der Größenordnung der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes. Da an jeder Schicht ein Teil des einfallenden weißen Lichts transmittiert und ein Teil reflektiert wird, kommt es zur Interferenz: Einfallende und reflektierte Lichtstrahlen überlagern sich so, dass bestimmte Anteile des Spektrums des weißen Lichts gelöscht werden und, je nach Blickwinkel, unterschiedliche Farbtöne übrig bleiben (s. a. Bragg-Gleichung). Wird das Perlmutt im Licht bewegt, scheint es daher bunt zu schillern (irisieren).

Perlmutt wird von zahlreichen Mollusken für den Bau ihrer Schalen abgeschieden, insbesondere von den pteriiden Muscheln mit unter anderem den Perlmuscheln (Pinctada) sowie von den Kreiselschnecken (Trochidae), den Turban- oder Rundmundschnecken (Turbinidae), den Seeohren (Haliotis, auch „Abalonen“ genannt) und den Perlbooten (Nautilus, auch „Burgos“ genannt), die zu den Kopffüßern gehören. Die Farben des Perlmutts unterscheiden sich je nach Spezies und geographischer Herkunft.

Nacre besteht aus hexagonalen Plättchen aus Aragonit (eine Form von Calciumcarbonat) mit einer Breite von 10 bis 20 µm und einer Dicke von 0,5 µm, die in einer durchgehenden parallelen Schicht angeordnet sind. Je nach Art unterscheidet sich die Form der Tabletten; In Pinna sind die Tabletten rechteckig mit symmetrischen Sektoren, die mehr oder weniger löslich sind. Unabhängig von der Form der Tabletten sind die kleinsten Einheiten, die sie enthalten, unregelmäßig abgerundete Körnchen. Diese Schichten sind durch Schichten aus organischer Matrix (Grenzflächen) getrennt, die aus elastischen Biopolymeren (wie Chitin, Lustrin und seidenartigen Proteinen) bestehen. Diese Mischung aus spröden Blutplättchen und den dünnen Schichten elastischer Biopolymere macht das Material stark und elastisch mit einem Elastizitätsmodul von 70 GPa und einer Streckgrenze von ungefähr 70 MPa (im trockenen Zustand). Festigkeit und Elastizität sind wahrscheinlich auch auf die Haftung durch die "Mauerwerks" -Anordnung der Plättchen zurückzuführen, die die Ausbreitung von Querrissen hemmt. Diese Struktur, die sich über mehrere Längengrößen erstreckt, erhöht ihre Zähigkeit erheblich und macht sie fast so stark wie Silizium. Die statistische Variation der Blutplättchen wirkt sich negativ auf die mechanische Leistung (Steifheit, Festigkeit und Energieabsorption) aus, da die statistische Variation die Lokalisierung der Verformung beschleunigt. Die negativen Auswirkungen statistischer Schwankungen können jedoch durch Grenzflächen mit großer Dehnung beim Versagen bei gleichzeitiger Kaltverfestigung ausgeglichen werden. Andererseits nimmt die Bruchzähigkeit von Perlmutt mit moderaten statistischen Schwankungen zu, was zu harten Bereichen führt, in denen der Riss festgesteckt wird. Höhere statistische Variationen erzeugen jedoch sehr schwache Bereiche, wodurch sich der Riss ohne großen Widerstand ausbreiten kann, wodurch die Bruchzähigkeit abnimmt. Studien haben gezeigt, dass diese schwachen strukturellen Defekte als dissipative topologische Defekte wirken, die durch eine elastische Verzerrung gekoppelt sind. Perlmutt erscheint schillernd, weil die Dicke der Aragonitplättchen nahe an der Wellenlänge des sichtbaren Lichts liegt. Diese Strukturen interferieren konstruktiv und destruktiv mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln und erzeugen Strukturfarben. Die kristallographische c-Achse zeigt ungefähr senkrecht zur Schalenwand, aber die Richtung der anderen Achsen variiert zwischen den Gruppen. Es wurde gezeigt, dass benachbarte Tabletten eine dramatisch unterschiedliche Ausrichtung der c-Achse aufweisen, die im Allgemeinen zufällig innerhalb von ~ 20 ° der Vertikalen ausgerichtet ist. Bei Muscheln und Kopffüßern zeigt die b-Achse in Richtung des Schalenwachstums, während bei der Monoplacophora die a-Achse auf diese Weise geneigt ist. Das Ineinandergreifen von Perlmuttsteinen hat große Auswirkungen sowohl auf den Verformungsmechanismus als auch auf seine Zähigkeit. Darüber hinaus führt die mineralisch-organische Grenzfläche zu einer verbesserten Elastizität und Festigkeit der organischen Zwischenschichten.

Lange Zeit wurde Perlmutt als Währung in Teilen Ozeaniens verwendet sowie bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts sogar noch als Chips in europäischen Casinos eingesetzt. Heutzutage kennt man das Material vor allem von Hemden und Blusen, wo es in Form von Knöpfen zu finden ist. Auch bei Schmuck, Möbeln und Musikinstrumenten wie Gitarren findet Perlmutt Anwendung.